(57)【要約】  傾斜磁場発生コイルに電力を供給するコアを用いて磁気結合したインダクタによって接続された同一構成の2つのブリッジ回路において、そのコアの磁気飽和によって発生する過電流によるブリッジ回路内のスイッチング素子の破損を防止することが可能な傾斜磁場電源装置、及びこれを用いたMRI装置を提供する為に、2つのブリッジ回路からインダクタに出力される電流値を各々検出し、各々検出した電流値から、その差分を演算し演算した差分値に基づいて、ブリッジ回路内のスイッチング素子を制御する。
2011083788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、前記2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、前記2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、を有する傾斜磁場電源装置において、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに出力される各々の電流値の差分に基づいて前記PWM信号のONデューティーを制御することを特徴とする傾斜磁場電源装置。
【請求項２】
前記インダクタに傾斜磁場発生コイルを接続し、前記インダクタから前記傾斜磁場発生コイルに流れる電流を検出する傾斜磁場電流検出器を備えると共に、前記傾斜磁場制御回路が、前記傾斜磁場電流検出器からの電流検出値によるフィードバック制御を、前記PWM信号の元となるPWM中間信号に反映させることを特徴とする請求項1記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項３】
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに出力される各々の電流値を検出する2つの電流検出器を用いて前記電流値の差分を検出することを特徴とする請求項2記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項４】
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路の内、一方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値が、他方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値より大きい場合、前記一方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを下げ、または、前記他方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを上げることを特徴とする請求項1記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項５】
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに共に電流を出力する場合、前記電流の向きを互いに異なる状態して単一の電流検出器を用いて前記電流値の差分を検出することを特徴とする請求項2記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項６】
前記傾斜磁場制御回路は、前記単一の電流検出器で電流値に差分が生じ、且つ該差分が一定値を超えた場合、PWM信号を用いて、前記2つのブリッジ回路を停止することを特徴とする請求項5記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項７】
複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、前記、2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、前記2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、を有する傾斜磁場電源装置において、前記コアの磁束に基づいて前記PWM信号のONデューティーを制御することを特徴とする傾斜磁場電源装置。
【請求項８】
前記コアにギャップを儲け前記ギャップ間にホール素子を設置すると共に前記ホール素子により前記コアの磁束を検出することを特徴とする請求項7記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項９】
前記コアに抵抗を備えた巻線を設置し、前記抵抗にかかる電圧、または、前記抵抗に流れる電流を検出することで前記コアの磁束を間接的に検出することを特徴とする請求項7記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項１０】
被検体に、均一な磁場空間を発生するための静磁場発生コイルと、傾斜磁場を発生するための傾斜磁場発生コイルと、前記被検体に磁気共鳴を誘起するための高周波磁場発生コイルと、前記被検体の磁気共鳴信号を検出するための受信コイルと、を備える核磁気共鳴イメージング装置において、請求項1記載の傾斜磁場電源装置を用いることを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
被検体に、均一な磁場空間を発生するための静磁場発生コイルと、傾斜磁場を発生するための傾斜磁場発生コイルと、前記被検体に磁気共鳴を誘起するための高周波磁場発生コイルと、前記被検体の磁気共鳴信号を検出するための受信コイルと、を備える核磁気共鳴イメージング装置において、請求項7記載の傾斜磁場電源装置を用いることを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１２】
複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、前記2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、前記2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、前記インダクタに傾斜磁場発生コイルを接続し、前記インダクタから前記傾斜磁場発生コイルに流れる電流を検出する傾斜磁場電流検出器と、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに出力される各々の電流値を検出する2つの電流検出器を備えた傾斜磁場電源装置の制御方法であって、
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタを通し傾斜磁場発生コイルに電力を供給するステップと、前記傾斜磁場発生コイルに流れる電流を検出し、その値に基づいて前記PWM信号の元となるPWM中間信号を生成するステップと、前記生成したPWM中間信号を前記2つのブリッジ回路からインダクタに出力される各々の電流値の差分に基づいて制御し、前記PWM信号を生成するステップと、前記生成したPWM信号を前記2つのブリッジ回路に出力するステップと、を備えることを特徴とする傾斜磁場電源装置の制御方法。
【請求項１３】
前記PWM信号を生成するステップにおいて、前記2つのブリッジ回路の内、一方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値が、他方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値より大きい場合、前記一方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを下げ、または、前記他方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを上げることを特徴とする請求項12に記載の傾斜磁場電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴イメージング装置(以後、MRI装置という)の傾斜磁場電源装置に関し、特に傾斜磁場電源装置に用いる結合インダクタのコアの磁気飽和による傾斜磁場電源装置の故障を未然に防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の傾斜磁場電源装置では、複数のスイッチング素子で構成されたブリッジ回路を、それぞれ磁気結合したインダクタによって並列接続し、MRI装置の傾斜磁場発生コイルの駆動用回路として使用しており、インダクタは効率的に磁気結合させるためにコアに巻きつけていた。(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平6-60286号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献1では、コアの磁束密度が限界(飽和磁束密度)に達した場合のMRI装置の制御方法等については考慮されていなかった。コアが飽和磁束密度に達した場合、インダクタンスが急激に低下し、インダクタに接続される各スイチング素子に過電流が流れることがある。さらに、この過電流によってスイッチング素子が破損する可能性がある。【０００５】
そこで、本発明の目的は、コアの磁気飽和を検知又は未然に防止することで、過電流によるスイッチング素子の破壊を防ぐことが可能な傾斜磁場電源装置およびこの制御方法、並びに傾斜磁場電源装置を用いたMRI装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、を有する傾斜磁場電源装置であって、2つのブリッジ回路からインダクタに出力される各々の電流値の差分に基づいてPWM信号を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コアの磁気飽和を検知又は未然に防止することで、過電流によるスイッチング素子の破壊を防ぐことが可能な傾斜磁場電源装置およびその傾斜磁場電源装置を用いたMRI装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を実施するMRI装置のブロック図。
【図２】図1に示した傾斜磁場電源と傾斜磁場発生コイルの詳細図。
【図３】実施例1を説明するための図。
【図４】実施例1を説明するための図。
【図５】実施例2を説明するための図。
【図６】実施例3を説明するための図。
【図７】実施例4を説明するための図。
【図８】実施例5を説明するための図。
【図９】実施例1の動作を示したフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の静磁場均一度測定方法、静磁場均一度調整方法、及びMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１０】
最初に本発明を実施するMRI装置の概略について説明する。図1は、本発明を実施するMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。
【００１１】
静磁場発生系2は、垂直磁場方式であり、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、静磁場発生装置26により静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式又は超電導方式の静磁場発生源が配置されている。静磁場発生装置26には静磁場を発生させる主磁石、又は静磁場コイルがある。
【００１２】
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生コイル9と、それぞれの傾斜磁場発生コイルを駆動する傾斜磁場電源装置10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源装置10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
【００１３】
シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。
【００１４】
送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力されたRFパルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
【００１５】
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA／D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
【００１６】
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
【００１７】
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
【００１８】
なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと受信側の高周波コイル14bと傾斜磁場発生コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、被検体1に対向して設置されている。
【００１９】
現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
【００２０】
図2は図1に示した傾斜磁場電源装置10と傾斜磁場発生コイル9の詳細図である。  
傾斜磁場電源装置10は、X軸傾斜磁場電源装置201、Y軸傾斜磁場電源装置202、Z軸傾斜磁場電源装置203とから成り、それぞれX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加するX軸傾斜磁場発生コイル204、Y軸傾斜磁場発生コイル205、Z軸傾斜磁場発生コイル206に対し電源を供給する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例について図3及び図4を用いて説明する。  
図3はX軸傾斜磁場制御回路306と傾斜磁場出力アンプ302と直流電源304とから成るX軸傾斜磁場電源装置201と、傾斜磁場出力アンプ302の出力端に接続されるX軸傾斜磁場発生コイル204について示した図である。図4は図3に示したX軸傾斜磁場電源装置201内のX軸傾斜磁場制御回路306についてさらに詳細に示した図である。図3に示す、傾斜磁場出力アンプ302はX軸傾斜磁場発生コイル204に印加する電圧をX軸傾斜磁場制御回路306によって制御される。【００２２】
傾斜磁場出力アンプ302は、複数のスイッチング素子と複数のダイオードから成るブリッジ回路303aと、ブリッジ回路303aと同一の構成からなり、且つブリッジ回路303aに並列接続されるブリッジ回路303bと、これらブリッジ回路303a、ブリッジ回路303bの各々出力端に接続されたインダクタL11、L21及びインダクタL12、L22から成る。ここで、インダクタL11とL21、インダクタL12とL22はそれぞれコアを用いて磁気結合されている。ブリッジ回路303aは、スイッチング素子SW11、SW12、SW13、SW14と、ダイオードD11、D12、D13、D14から構成される。スイッチング素子SW11、SW12、SW13、SW14は例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)で構成され、他にもMOS-FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等が該スイッチング素子として使用することができる。また、ダイオードD11、D12、D13、D14は例えばFRD(Fast Recovery Diode)で構成される。本実施例ではスイッチング素子SW11、SW12、SW13、SW14をIGBTとする。【００２３】
SW11のエミッタはSW12のコレクタに接続され、SW11、SW12にはそれぞれD11、D12が並列接続される。D11、D12のカソードはそれぞれSW11、SW12のコレクタに、D11、D12のアノードはそれぞれSW11、SW12のエミッタに接続される。同様にSW13のエミッタはSW14のコレクタに接続され、SW13、SW14にはそれぞれD13、D14が並列接続される。D13、D14のカソードはそれぞれSW13、SW14のコレクタに、D13、D14のアノードはそれぞれSW13、SW14のエミッタに接続される。【００２４】
SW11のコレクタとSW13のコレクタは接続され、SW12のエミッタとSW14のエミッタは接続される。ブリッジ回路303bはスイッチング素子SW21、SW22、SW23、SW24と、ダイオードD21、D22、D23、D24から成り、ブリッジ回路303aと同様の構成である。SW21のエミッタはSW22のコレクタに接続され、SW21、SW22にはそれぞれD21、D22が並列接続される。D21、D22のカソードはそれぞれSW21、SW22のコレクタに、D21、D22のアノードはそれぞれSW21、SW22のエミッタに接続される。同様にSW23のエミッタはSW24のコレクタに接続され、SW23、SW24にはそれぞれD23、D24が並列接続される。【００２５】
D23、D24のカソードはそれぞれSW23、SW24のコレクタに、D23、D24のアノードはそれぞれSW23、SW24のエミッタに接続される。SW21のコレクタとSW23のコレクタは接続され、SW22のエミッタとSW24のエミッタは接続される。L11、L21はそれぞれ異なった向きの巻き線方向で同一のコアに巻かれ、L11、L21のそれぞれの片側同士を接続している。L11とL21の巻数比は1：1である。また、L11、L21の該接続とは異なる側は、それぞれSW11のエミッタとSW21のエミッタに接続される。同様にL12、L22はそれぞれ異なった向きの巻き線方向で同一のコアに巻かれ、L12、L22のそれぞれの片側同士を接続している。【００２６】
L12とL22の巻数比は1：1である。L12、L22の該接続とは異なる側は、それぞれSW13のエミッタとSW23のエミッタに接続される。コアを用いることにより互いのインダクタよる磁気結合は容易になされる。SW11、SW13、SW21、SW23のコレクタは直流電源304の陽極に接続され、SW12、SW14、SW22、SW24のエミッタは直流電源304の陰極に接続される。L11とL21の接続箇所とL12とL22の接続箇所はそれぞれX軸傾斜磁場発生コイル204の両端に接続される。【００２７】
X軸傾斜磁場発生コイル204に電圧を印加したい場合は、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bの各スイッチング素子を制御するPWM信号307a及びPWM信号307b生成するX軸傾斜磁場制御回路306によって、SW11とSW21、SW14とSW24をそれぞれ導通(以下ON)させ、SW13とSW23、SW12とSW22はそれぞれ開放(以下OFF)させる。これにより、直流電源304の陽極からSW11、L11及びSW21、L21を通じそれぞれX軸傾斜磁場発生コイル204に電流が流れる。【００２８】
X軸傾斜磁場発生コイル204に流れ込んだ電流はL12、SW14及びL22、SW24を通じ直流電源304の陰極に戻る。この場合にX軸傾斜磁場発生コイル204に印加される電圧の向きを順バイアスとすると、X軸傾斜磁場発生コイル204に逆バイアスを印加したい場合は、同様にX軸傾斜磁場制御回路306によって、SW11とSW21、SW14とSW24をそれぞれOFFさせ、SW13とSW23、SW12とSW22はそれぞれOＮをさせることで実施可能である。電流経路については自明であるので特に詳説しない。【００２９】
ブリッジ回路303a、ブリッジ回路303bの各スイッチング素子の制御に際しては、X軸傾斜磁場発生コイル204に流れる電流を検出する傾斜磁場電流検出器309によって検出される電流検出値Igに基づいて、X軸傾斜磁場制御回路306によりフィードバック制御がかけられる。ここで、X軸傾斜磁場発生コイル204に順バイアスを印加する際、L11及びL21を流れる電流の向きは、共にX軸傾斜磁場発生コイル204に対して流れる向きであり、流れる電流値も同一である。この場合、L11とL21の磁気結合に用いているコアに磁束は発生しない。【００３０】
L11とL21がそれぞれ異なった向きの巻き線方向で同一のコアに巻いているためである。しかし、SW11とSW21のどちらか一方に異常が発生した場合等は、L11とL21に流れる電流値に差が生じる。この場合、L11とL21を巻いているコアに磁束が発生する。この様な状態が続くとコアの磁束密度が限界に達し(飽和磁束密度)、L11とL21によるインタクタンス成分がほぼ0[H]となる。SW11とSW22が共にONにして使用するような場合、SW11からL11、L21、SW22の経路で過電流が流れ各素子の破壊に繋がる。【００３１】
そこで、L11に流れる電流を検出する電流検出器310aと、L21に流れる電流を検出する電流検出器310bと、を設置する。電流検出器310a及び電流検出器310bにより検出される各々の電流検出値Ia及びIbに基づいて、X軸傾斜磁場制御回路306は、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bの各スイッチング素子の動作を制御し、コアの磁気飽和を未然に防止する。【００３２】
ここで、X軸傾斜磁場制御回路306の制御方法について、電流検出値Igによるフィードバック制御と共に図4を用いて説明する。【００３３】
図4に示す傾斜磁場電流検出器309により検出した電流検出値Igは、X軸傾斜磁場制御回路306内の演算器P401に出力される。演算器P401は、傾斜磁場電流検出器309によって入力された電流検出値Igと、別途CPU8から送られてくる目標電流値Io308と、を用いて演算を行う。該演算では目標電流値Io308から電流検出値Igを引いた値(差分電流値Iog)をPWM調整器402に出力する。PWM調整器402は演算器P401から送られてきた差分電流値Iogに基づいて、差分電流値Iogの値が正ならばPWM信号307a及びPWM信号307bの元となるPWM中間信号403の一定期間内にONをしている時間(ONデューティー)を増加させ、差分電流値Iogの値が負ならばPWM中間信号403のONデューティーを減少させる。差分電流値Iogの値が0ならばPWM中間信号403のONデューティーは現状維持とするフィードバック制御をかける。本実施例のフィードバック制御は、電流検出値Igと目標電流値Io308に基づいてPWM中間信号403を生成するものであるが、その演算方法はこれに限定されるものではない。【００３４】
PWM中間信号403は、スイッチSW401がONの場合はそのままPWM信号307aとPWM信号307bとして、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに送信される。スイッチSW401がOFFの場合はPWM信号307a及びPWM信号307bを通じブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに停止する信号を送信する。停止信号は例えばGNDレベルとする。PWM信号307a及びPWM信号307bのライン上にプルダウン抵抗をGND間に挿入する(特に図示しない)ことで、スイッチSW401がOFFになった場合、PWM信号307a及びPWM信号307bをGNDレベルに維持することが出来る。【００３５】
次に、スイッチSW401の動作について説明する。スイッチSW401はスイッチ制御器400によって制御される。スイッチ制御器400は、演算器P402から出力されてくる演算結果に基づいてSW401のON/OFF制御を行う。演算器P402は、L11に流れる電流を検出する電流検出器310aにより検出された電流検出値Iaと、L21に流れる電流を検出する電流検出器310bにより検出された電流検出値Ibと、を用いて演算を行う。該演算は、電流検出値Iaと電流検出値Ibとの差分を求める。【００３６】
ここで、電流検出値Iaから電流検出値Ibを引いた値の絶対値を差分電流絶対値Iabとする。X軸傾斜磁場制御回路306によって、SW11とSW21、SW14とSW24をそれぞれON、SW13とSW23、SW12とSW22をそれぞれOFFした場合、通常、電流検出値Iaと電流検出値Ibとの間に差は生じない。しかし、各スイッチング素子間のばらつきや、各スイッチング素子の一部に異常等が発生した場合などは、電流検出値Iaと電流検出値Ibとの間で値に差が生じる場合がある。この様な場合、L11とL21の磁気結合に用いているコアに磁束が発生している。【００３７】
コアに発生する磁束は、L11及びL21に流れる電流の差分に比例することから、差分電流値Iabを求めることでコアにかかる磁束密度に相当する値を得る事ができる。演算器P402により算出された差分電流絶対値Iabがコアが磁気飽和を起こす一定以上の値を示した場合、該算出された差分電流絶対値Iabに基づいてスイッチ制御器400により、スイッチSW401はOFFされる。通常L11、L12に流れる電流は数百アンペアという大電流であるのに対し、コアが磁気飽和を起こすために必要な差分電流絶対値Iabは数アンペア程度である。【００３８】
これにより、PWM信号307a及びPWM信号307bは、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに対し停止信号を送信し、コアの磁気飽和を未然に防止することができる。また、該停止信号はその信号を保持して完全にブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bの動作を停止させる事も出来るが、停止信号を保持せずに磁気飽和を起こしそうになった期間のみブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bを停止させ、コアの磁気飽和解消後に再び動作を開始させる事も出来る。また、該停止信号をCPU8に送信し、MRI装置の撮像を停止する事も可能である。また撮像を継続した場合に置いても，動作中に瞬間的な異常動作があった事を知らせる事も出来る。【００３９】
次に、本実施例の動作を図9のフローチャートに基づいて説明する。【００４０】
まず、ステップ901では、電流検出器310a及び電流検出器310bにより、電流検出値Iaと電流検出値Ibを検出する。次に、ステップ902では、演算器P402により、電流検出値Iaと電流検出値Ibの差分を演算する。演算により求めた差分電流絶対値Iabが一定値以上の場合ステップ903に進み、一定値未満の場合ステップ904に進む。ステップ903ではスイッチ制御器400により、スイッチSW401がOFFされ、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bの動作を停止される。次に、ステップ904では、スイッチ制御器400により、スイッチSW401がONされる。次に、ステップ905では、傾斜磁場電流検出器309により、電流検出値Igを検出する。次に、ステップ906では、演算器P401により、目標電流値Io308と電流検出値Igの差分を演算する。演算により求めた差分電流値Iogが0未満の場合は、ステップ907に進み、0の場合は、ステップ908に進み、0より大きい場合は、ステップ909に進む。ステップ907では、現状のPWM中間信号403のONデューティーを減少させた信号をブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに出力し、ステップ901に戻る。ステップ908では、現状のPWM中間信号403のONデューティーを維持させた信号をブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに出力し、ステップ901に戻る。ステップ909では、現状のPWM中間信号403のONデューティーを増加させた信号をブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに出力し、ステップ901に戻る。【００４１】
以上説明した様に本実施例のX軸傾斜磁場電源装置201によれば、磁気結合したインダクタL11及びL21によって並列接続されたブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bにおいて、各々のブリッジ回路から各々のインダクタに出力される電流値の差分に基づいてインダクタL11及びL21の磁気結合に用いるコアの磁気飽和を未然に防止することができる。また、X軸傾斜磁場電源装置201を好適に用いたMRI装置を提供することができる。また、本実施例では傾斜磁場電流検出器309によるフィードバック制御がある場合を示したが、傾斜磁場電流検出器309によるフィードバック制御がない場合においても、インダクタL11及びL21の磁気結合に用いるコアの磁気飽和を未然に防止することができる。この場合、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bにはCPU8により所定のPWM信号がスイッチSW401を通し送信される。
【実施例２】
【００４２】
本発明の実施例2について、図5を用いて説明する。  
実施例1で示したX軸傾斜磁場電源装置201内のX軸傾斜磁場制御回路306に対し、図5に示すX軸傾斜磁場制御回路501は構成が一部異なっている。実施例1と共通部分については一部説明を省略する。【００４３】
図5に示すX軸傾斜磁場制御回路501内のPWM調整器402は、PWMa調整器503aとPWMb調整器503bに対しPWM中間信号403を出力する。また、演算器P502は、PWMa調整器503aとPWMb調整器503bに対し差分電流値Iabを出力する。PWMa調整器503aとPWMb調整器503bは、それぞれ入力されたPWM中間信号403と差分電流値Iabに基づいて、PWM信号504aとPWM信号504bをブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに出力する。PWM信号504a、PWM信号504bは、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bの各スイチング素子を制御する制御信号である。【００４４】
次にPWMa調整器503a及びPWMb調整器503bの動作について詳説する。PWMa調整器503aは、演算器P502によって入力された差分電流値Iabがプラスの場合、PWM調整器402によって入力されたPWM中間信号403のONデューティーを減少させ、PWM信号504aとしてブリッジ回路303aに出力する。反対に、PWMa調整器503aに入力された差分電流値Iabがマイナスの場合は、PWM調整器402によって入力されたPWM中間信号403のONデューティーを増加させ、PWM信号504aとしてブリッジ回路303aに出力する。また、PWMa調整器503aに入力された差分電流値Iabが0の場合は、PWM調整器402によって入力されたPWM中間信号403のONデューティーの増減は行わず、そのままPWM中間信号403をPWM信号504aとしてブリッジ回路303aに出力する。【００４５】
PWMb調整器503bは、PWMa調整器503aとは反対に演算器P502によって入力された差分電流値Iabがプラスの場合、PWM調整器402によって入力されたPWM中間信号403のONデューティーを増加させ、PWM信号504bとしてブリッジ回路303bに出力する。反対に、PWMb調整器503bに入力された差分電流値Iabがマイナスの場合は、PWM調整器402によって入力されたPWM中間信号403のONデューティーを減少させ、PWM信号504bとしてブリッジ回路303bに出力する。差分電流値Iabが0の場合は、PWMa調整器503aの場合の制御方法と同様に、PWM中間信号403をPWM信号504bとしてブリッジ回路303bに出力する。【００４６】
以上説明した様に本実施例のX軸傾斜磁場電源装置201によれば、インダクタL11及びL21に流れる電流の差分に基づいてPWM信号504a、PWM信号504bをそれぞれ独立に制御し調整することで、インダクタL11及びL21の磁気結合に用いるコアの磁気飽和を防止することができる。
【実施例３】
【００４７】
本発明の実施例3について、図6を用いて説明する。【００４８】
図6に示すX軸傾斜磁場制御回路601は実施例1で示したX軸傾斜磁場制御回路306と一部異なっている。実施例1と共通部分については一部説明を省略する。【００４９】
実施例1及び実施例2では、インダクタL11及びL21に流れる電流IaとIbの差分値を演算するために、2つの電流検出器、電流検出器310a及び電流検出器310bを用いていた。これに対し、実施例3では図6に示すように単一の電流検出器605によりインダクタL11及びL21に流れる電流の差分値を検出する。電流検出器605はトロイダルコイルで構成される。電流検出器605は、ブリッジ回路303a、ブリッジ回路303bからインダクタL11、L21に共に電流を出力する場合において、インダクタL11、L21に流れる電流Ia、Ibの向きを互いに異にした状態で電流検出を行う。インダクタL11及びL21に流れる電流Ia、Ibが同一の値の場合は、電流検出器605により検出される電流値は0である。しかし、インダクタL11及びL21に流れる電流Ia、Ibに差が生じた場合は、電流検出器605によりその差分が検出される。該差分を差分電流値Iab2とすると、差分電流値Iab2が一定値以上を示した場合、この値に基づいてスイッチ制御器600により、スイッチSW601はOFFされる。これにより、PWM信号604a及びPWM信号604bは、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bに対し停止信号を送信し、コアの磁気飽和を未然に防止することができる。【００５０】
以上説明した様に本実施例のX軸傾斜磁場電源装置201によれば、インダクタL11及びL21に流れる電流IaとIbの差分値を単一の電流検出器605により検出することが出来るためコスト低下を図ることができる。また、単一の電流検出器605で差分値を検出するため、より精度の高い検出が可能となる。
【実施例４】
【００５１】
本発明の実施例4について、図7を用いて説明する。【００５２】
図7は、インダクタL11及びL21の磁気結合に用いたコア701の磁束を直接検出する手段の一例を示している。コア701のギャップ702に設置したホール素子703により、コア701の磁束を直接検出している。該検出した磁束が一定値以上となった場合、実施例1又は実施例3で示したスイッチ制御器400、スイッチ制御器600により、スイッチSW401、SW601をOFFしブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bを停止させる。【００５３】
以上説明した様に本実施例では磁気結合したインダクタL11及びL21のコア701の磁束を直接検出することで、コア701の磁気飽和を確実に防止する事が出来る。
【実施例５】
【００５４】
本発明の実施例5について、図8を用いて説明する。【００５５】
図8は、インダクタL11及びL21の磁気結合に用いたコア801の磁束に相当する値を検出する手段の一例を示している。インダクタL11及びL21とは別にコア801に3次巻線としてインダクタL3を巻く。インダクタL3にはL11やL12のインダクタンスに影響を及ぼさないような高いインピーダンス、例えば数メガオームの抵抗802を接続する。この抵抗802に発生する電圧又は電流を検出する事により、コア801に発生している磁束に相当する値を得る事が出来る。該検出した電圧又は電流値が一定値以上となった場合、実施例4と同様に、ブリッジ回路303a及びブリッジ回路303bを停止させる。【００５６】
以上説明した様に本実施例では磁気結合したインダクタL11及びL21のコア701に高インイーダンスの抵抗802を備えたインダクタL3を備えることで容易にコア801の磁気飽和を防止する事が出来る。【００５７】
以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。本実施例では、X軸傾斜磁場電源装置201内のインダクタL11及びL21の磁気結合に用いるコアの磁気飽和防止について記載したが、同一の手法をY軸傾斜磁場電源装置202、Z軸傾斜磁場電源装置203に使用できることは言うまでもない。また、X軸傾斜磁場電源装置201、Y軸傾斜磁場電源装置202、Z軸傾斜磁場電源装置203、全てに磁気飽和防止機能を付加した場合、いずれか一つに異常が発生した場合、MRI装置の撮影を停止することも出来る。
【符号の説明】
【００５８】
1  被検体、2  静磁場発生系、3  傾斜磁場発生系、4  シーケンサ、5  送信系、6  受信系、7  信号処理系、8  中央処理装置(CPU)、9  傾斜磁場発生コイル、10  傾斜磁場電源装置、11  高周波発振器、12  変調器、13  高周波増幅器、14a  高周波コイル(送信コイル)、14b  高周波コイル(受信コイル)、15  信号増幅器、16  直交位相検波器、17  Ａ／Ｄ変換器、18  磁気ディスク、19  光ディスク、20  ディスプレイ、23  トラックボール又はマウス、24  キーボード、25  操作部、26  静磁場発生装置、201  X軸傾斜磁場電源装置、202  Y軸傾斜磁場電源装置、203  Z軸傾斜磁場電源装置、204  X軸傾斜磁場発生コイル、205  Y軸傾斜磁場発生コイル、206  Z軸傾斜磁場発生コイル、302  傾斜磁場出力アンプ、303a、303b  ブリッジ回路、304  直流電源、306、501、601  X軸傾斜磁場制御回路、307a、307b、504a、504b、604a、604b  PWM信号、308  目標電流値Io、309  傾斜磁場電流検出器、310a、310b、605  電流検出器、400、600  スイッチ制御器、402  PWM調整器、403  PWM中間信号、503a  PWMa調整器、503b  PWMb調整器、701、801  コア、702  ギャップ、703  ホール素子、802  抵抗
【図１】
2011083788.tif 000003
【図２】
2011083788.tif 000004
【図３】
2011083788.tif 000005
【図４】
2011083788.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011083788.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月31日(2012.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、前記2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、前記2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、を有する傾斜磁場電源装置において、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに出力される各々の電流値の差分に基づいて前記PWM信号のONデューティーを制御することを特徴とする傾斜磁場電源装置。
【請求項２】
前記インダクタに傾斜磁場発生コイルを接続し、前記インダクタから前記傾斜磁場発生コイルに流れる電流を検出する傾斜磁場電流検出器を備えると共に、前記傾斜磁場制御回路が、前記傾斜磁場電流検出器からの電流検出値によるフィードバック制御を、前記PWM信号の元となるPWM中間信号に反映させることを特徴とする請求項1記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項３】
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに出力される各々の電流値を検出する2つの電流検出器を用いて前記電流値の差分を検出することを特徴とする請求項2記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項４】
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路の内、一方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値が、他方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値より大きい場合、前記一方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを下げ、または、前記他方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを上げることを特徴とする請求項1記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項５】
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに共に電流を出力する場合、前記電流の向きを互いに異なる状態して単一の電流検出器を用いて前記電流値の差分を検出することを特徴とする請求項2記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項６】
前記傾斜磁場制御回路は、前記単一の電流検出器で電流値に差分が生じ、且つ該差分が一定値を超えた場合、PWM信号を用いて、前記2つのブリッジ回路を停止することを特徴とする請求項5記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項７】
複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、前記2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、前記2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、を有する傾斜磁場電源装置において、前記コアの磁束に基づいて前記PWM信号のONデューティーを制御することを特徴とする傾斜磁場電源装置。
【請求項８】
前記コアにギャップを儲け前記ギャップ間にホール素子を設置すると共に前記ホール素子により前記コアの磁束を検出することを特徴とする請求項7記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項９】
前記コアに抵抗を備えた巻線を設置し、前記抵抗にかかる電圧、または、前記抵抗に流れる電流を検出することで前記コアの磁束を間接的に検出することを特徴とする請求項7記載の傾斜磁場電源装置。
【請求項１０】
被検体に、均一な磁場空間を発生するための静磁場発生コイルと、傾斜磁場を発生するための傾斜磁場発生コイルと、前記被検体に磁気共鳴を誘起するための高周波磁場発生コイルと、前記被検体の磁気共鳴信号を検出するための受信コイルと、を備える核磁気共鳴イメージング装置において、請求項1記載の傾斜磁場電源装置を用いることを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
被検体に、均一な磁場空間を発生するための静磁場発生コイルと、傾斜磁場を発生するための傾斜磁場発生コイルと、前記被検体に磁気共鳴を誘起するための高周波磁場発生コイルと、前記被検体の磁気共鳴信号を検出するための受信コイルと、を備える核磁気共鳴イメージング装置において、請求項7記載の傾斜磁場電源装置を用いることを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１２】
複数のスイチング素子を有する同一構成の2つのブリッジ回路と、前記2つのブリッジ回路の出力端同士を接続するコアを用いて磁気結合させたインダクタと、前記2つのブリッジ回路にPWM信号を送信する傾斜磁場制御回路と、前記インダクタに傾斜磁場発生コイルを接続し、前記インダクタから前記傾斜磁場発生コイルに流れる電流を検出する傾斜磁場電流検出器と、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタに出力される各々の電流値を検出する2つの電流検出器を備えた傾斜磁場電源装置の制御方法であって、
前記傾斜磁場制御回路は、前記2つのブリッジ回路から前記インダクタを通し傾斜磁場発生コイルに電力を供給するステップと、前記傾斜磁場発生コイルに流れる電流を検出し、その値に基づいて前記PWM信号の元となるPWM中間信号を生成するステップと、前記生成したPWM中間信号を前記2つのブリッジ回路からインダクタに出力される各々の電流値の差分に基づいて制御し、前記PWM信号を生成するステップと、前記生成したPWM信号を前記2つのブリッジ回路に出力するステップと、を備えることを特徴とする傾斜磁場電源装置の制御方法。
【請求項１３】
前記PWM信号を生成するステップにおいて、前記2つのブリッジ回路の内、一方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値が、他方のブリッジ回路から前記インダクタに流れる電流値より大きい場合、前記一方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを下げ、または、前記他方のブリッジ回路に出力するPWM信号のONデューティーを上げることを特徴とする請求項12に記載の傾斜磁場電源装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
1  被検体、2  静磁場発生系、3  傾斜磁場発生系、4  シーケンサ、5  送信系、6  受信系、7  信号処理系、8  中央処理装置(CPU)、9  傾斜磁場発生コイル、10  傾斜磁場電源装置、11  高周波発振器、12  変調器、13  高周波増幅器、14a  高周波コイル(送信コイル)、14b  高周波コイル(受信コイル)、15  信号増幅器、16  直交位相検波器、17  A/D変換器、18  磁気ディスク、19  光ディスク、20  ディスプレイ、23  トラックボール又はマウス、24  キーボード、25  操作部、26  静磁場発生装置、201  X軸傾斜磁場電源装置、202  Y軸傾斜磁場電源装置、203  Z軸傾斜磁場電源装置、204  X軸傾斜磁場発生コイル、205  Y軸傾斜磁場発生コイル、206  Z軸傾斜磁場発生コイル、302  傾斜磁場出力アンプ、303a、303b  ブリッジ回路、304  直流電源、306、501、601  X軸傾斜磁場制御回路、307a、307b、504a、504b、604a、604b  PWM信号、308  目標電流値Io、309  傾斜磁場電流検出器、310a、310b、605  電流検出器、400、600  スイッチ制御器、402  PWM調整器、403  PWM中間信号、503a  PWMa調整器、503b  PWMb調整器、701、801  コア、702  ギャップ、703  ホール素子、802  抵抗
【国際調査報告】
2011083788.tif 000012
2011083788.tif 000013
2011083788.tif 000014
2011083788.tif 000015